Страница:
После первого было еще четыре десятка экспериментальных пусков прототипа, и все прошли вполне благополучно.
Например, 7 июля 1990 года его вывели на режим, соответствующий реальному полету будущего «Зенгера» на высоте 20 000 метров со скоростью, равной 4 Махам; при этом тяга составила около тонны.
Японская космонавтика
Китайская космонавтика
Глава 17 ОРБИТАЛЬНЫЕ ГОРОДА
Звезда по имени КЭЦ
«Межпланетные» станции Оберта
«Жилое колесо» Нордунга
Например, 7 июля 1990 года его вывели на режим, соответствующий реальному полету будущего «Зенгера» на высоте 20 000 метров со скоростью, равной 4 Махам; при этом тяга составила около тонны.
Японская космонавтика
Авиационно-космические фирмы Японии приступили к реализации программы научноисследовательских и опытно-конструкторских работ в области гиперзвуковой техники в 1986 году.
Исследования велись по трем основным направлениям: создание беспилотного крылатого аэро-космического летательного аппарата «Хоуп» («Норе»), выводимого на орбиту с помощью ракеты-носителя Н-2; разработка и ввод в эксплуатацию в 2006 году универсального одноступенчатого пилотируемого аэро-космического самолета с горизонтальными взлетом и посадкой типа NASP; исследования целого ряда вариантов перспективных маршевых двигательных установок аэро-космических аппаратов, включая турбопрямоточные, гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели, а также двигатели со сжижением атмосферного воздуха в процессе полета летательного аппарата и использованием полученного жидкого кислорода в качестве окислителя с жидким или переохлажденным водородом.
Летательный аппарат «Хоуп» будет использоваться как транспортное средство снабжения японской многоцелевой лаборатории JEM в составе Международной космической станции. Габариты «Хоуп»: длина — 10 метров, размах крыла — 9,2 метра, стартовая масса — 10 тонн, масса полезного груза — 3 тонны. Головной разработчик — Национальное управление космических исследований (NASDА).
Проектные изыскания по пилотируемому перспективному космическому летательному аппарату NASP ведет Национальная аэро-космическая лаборатория (NAL) совместно с промышленными фирмами «Кавасаки», «Фудзи» и «Мицубиси». Основной задачей этого летательного аппарата со стартовой массой 386 тонн является доставка экипажа из четырех человек и полезного груза массой 10 тонн на орбиту высотой 500 километров.
Лаборатория NAL планирует проведение работ в четыре этапа.
Первый этап был начат в 1986 году и должен завершиться оценкой предварительных проектов. В этот период начаты исследования по аэродинамике, композиционным материалам и маршевым двигательным установкам. В 1987 году начато строительство комплекса для испытаний композиционных материалов. В 1988 году проведены испытания камеры сгорания гиперпрямоточного воздушно-реактивного двигателя и воздухозаборников.
Второй этап предполагает разработку и проверку технологии создания и летной эксплуатации аэро-космического самолета.
Проблемы гиперзвукового полета и режимов работы маршевой двигательной установки на этом этапе будут изучаться с использованием пилотируемых летательных аппаратов, а проблемы, связанные со сходом с орбиты и входом в атмосферу, — с использованием беспилотных аппаратов.
Третий этап — разработка опытного образца аэро-космического самолета — по плану должен быть завершен в 2006 году летными испытаниями.
Последний, четвертый, этап предполагает штатную эксплуатацию летательного аппарата.
Исследования велись по трем основным направлениям: создание беспилотного крылатого аэро-космического летательного аппарата «Хоуп» («Норе»), выводимого на орбиту с помощью ракеты-носителя Н-2; разработка и ввод в эксплуатацию в 2006 году универсального одноступенчатого пилотируемого аэро-космического самолета с горизонтальными взлетом и посадкой типа NASP; исследования целого ряда вариантов перспективных маршевых двигательных установок аэро-космических аппаратов, включая турбопрямоточные, гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели, а также двигатели со сжижением атмосферного воздуха в процессе полета летательного аппарата и использованием полученного жидкого кислорода в качестве окислителя с жидким или переохлажденным водородом.
Летательный аппарат «Хоуп» будет использоваться как транспортное средство снабжения японской многоцелевой лаборатории JEM в составе Международной космической станции. Габариты «Хоуп»: длина — 10 метров, размах крыла — 9,2 метра, стартовая масса — 10 тонн, масса полезного груза — 3 тонны. Головной разработчик — Национальное управление космических исследований (NASDА).
Проектные изыскания по пилотируемому перспективному космическому летательному аппарату NASP ведет Национальная аэро-космическая лаборатория (NAL) совместно с промышленными фирмами «Кавасаки», «Фудзи» и «Мицубиси». Основной задачей этого летательного аппарата со стартовой массой 386 тонн является доставка экипажа из четырех человек и полезного груза массой 10 тонн на орбиту высотой 500 километров.
Лаборатория NAL планирует проведение работ в четыре этапа.
Первый этап был начат в 1986 году и должен завершиться оценкой предварительных проектов. В этот период начаты исследования по аэродинамике, композиционным материалам и маршевым двигательным установкам. В 1987 году начато строительство комплекса для испытаний композиционных материалов. В 1988 году проведены испытания камеры сгорания гиперпрямоточного воздушно-реактивного двигателя и воздухозаборников.
Второй этап предполагает разработку и проверку технологии создания и летной эксплуатации аэро-космического самолета.
Проблемы гиперзвукового полета и режимов работы маршевой двигательной установки на этом этапе будут изучаться с использованием пилотируемых летательных аппаратов, а проблемы, связанные со сходом с орбиты и входом в атмосферу, — с использованием беспилотных аппаратов.
Третий этап — разработка опытного образца аэро-космического самолета — по плану должен быть завершен в 2006 году летными испытаниями.
Последний, четвертый, этап предполагает штатную эксплуатацию летательного аппарата.
Китайская космонавтика
Свою собственную программу развития пилотируемой космонавтики имеет и Китайская Народная Республика. В ее рамках изучается возможность создания двухступенчатой космической системы с горизонтальными стартом и посадкой — проект «921-3».
Китайский аэро-космический аппарат внешне напоминает немецкий двухступенчатый воздушно-космический самолет «Зенгер», однако отличается от него оригинальной конструкцией смешанной двигательной установки, состоящей из жидкостных ракетных и прямоточных двигателей.
Первая гиперзвуковая разгонная ступень (самолет-разгонщик) будет иметь фюзеляж типа «несущий корпус» (длиной около 85 метров и шириной 12 метров) и треугольное крыло двойной стреловидности. Двигательная установка разгонщика имеет шесть двигателей с суммарной тягой около 40 тонн. Стартовая масса — 330 тонн, посадочная — 79 тонн.
Вторая ступень представляет собой орбитальный самолет со стартовой массой 132 тонны и посадочной массой 25,3 тонны, который оснащен четырьмя кислородно-водородными двигателями. Внешне он похож на американский «Спейс Шаттл».
При разгоне самолета до скорости в 0,8 Маха работают только жидкостные двигатели, после чего в камеры сгорания прямоточных двигателей начинает поступать горючее.
До высоты 9 километров и скорости 1,8–2 Маха жидкостные и прямоточные двигатели работают параллельно, причем по мере того, как при увеличении скорости увеличивается эффективность и тяга прямоточных двигателей, пропорционально уменьшается тяга жидкостных, с тем чтобы удерживать тяговооруженность приблизительно на одном уровне.
После разделения самолет-носитель возвращается к месту старта, используя только прямоточные двигатели. Орбитальный самолет, используя четыре кислородно-водородных двигателя с тягой по 2,1 тонны, выходит на эллиптическую орбиту высотой от 100 до 300 километров. В апогее с помощью жидкостного двигателя сообщается приращение характеристической скорости, в результате чего самолет выходит на круговую орбиту высотой 500 километров.
После выполнения программы полета орбитальный самолет сходит с орбиты, производит снижение в атмосфере и посадку, как гиперзвуковой планер типа «Спейс Шаттл».
Предполагается, что китайский «челнок» сможет выводить на орбиту груз от 4 до 6 тонн. Специальный космодром для китайского корабля многоразового использования будет построен в Южно-Китайском море на острове Хайнань.
Пока аэро-космическая система остается в числе перспективных проектов, китайские конструкторы добились ощутимых успехов в разработке проекта «921-1», промежуточным итогом которого стал успешный запуск трех космических кораблей «Шэньчжоу» («Божественный корабль»).
Проект пилотируемого космического корабля «921-1» был инициирован в 1992 году. Шанхайский исследовательский институт астронавтики предложил шесть вариантов ракетносителей и восемь вариантов космического корабля.
Выбор был сделан в пользу ракеты-носителя «Чан Чжен-2Ф», способной выводить на орбиту 8,5 тонны полезного груза. В качестве прототипа космического корабля решили использовать «Союз». Несколько лет назад Китай закупил у Российского Космического агентства ряд узлов корабля «Союз» и на их основе сделал соответствующие системы для своего корабля. «Шэньчжоу» состоит из приборного отсека со стыковочным узлом и агрегатного отсека с двумя солнечными батареями. Его габариты: длина — 8,65 метра, максимальный диаметр — 2,8 метра, обитаемый объем — 8 м?, масса — 7,6 тонны. Экипаж — 3 человека.
В июне 2000 года в Пекине прошло заседание Китайской инженерной академии на тему «Перспективы инженерной техники». На нем с докладом о перспективах китайской пилотируемой космонавтики выступил главный инженер пилотируемого космического корабля «Шэньчжоу» Ван Юнчжи.
По его словам, создание корабля преследовало четыре главные цели. Во-первых, разработка фундаментальных технологий, необходимых для осуществления пилотируемого полета.
Кроме того, «Шэньчжоу» позволит выполнить программы наблюдения Земли из космоса, провести эксперименты и исследования в различных областях космических наук и технологий.
Также «Шэньчжоу» будет первое время (пока не появятся более совершенные многоразовые корабли) служить транспортным средством для доставки экипажей на орбитальные станции и их возвращения на Землю. И, наконец, на «Шэньчжоу» можно отработать ряд систем будущей китайской орбитальной станции.
Ван Юнчжи добавил, что программа создания пилотируемого космического корабля прошла стадии разработки проекта, научно-технической проработки, макетирования, испытаний и изготовления. Сейчас программа находится на стадии беспилотных летных испытаний.
Первый запуск «Шэньчжоу» в автоматическом режиме состоялся 19 ноября 1999 года с космодрома Цзюцюань в провинции Ганьсу. Через десять минут после старта космический корабль отделился от последней ступени ракеты-носителя и вышел на орбиту с параметрами 195 километров в перигее и 315 километров в апогее. Запуск второго корабля был осуществлен 9 января 2001 года, третьего — 25 марта 2002 года. Все три полета были признаны успешными.
На очереди — полет китайского космонавта. Первая группа «юйчжоу хансиньюаней» была набрана из летчиков-истребителей путем многоэтапного отбора. Они прошли три этапа подготовки. Сначала — общекосмическая подготовка, затем космонавты изучали устройство и системы корабля; сейчас они завершают тренировки в составе экипажей на тренажерах.
Больше всего в китайской космической программе поражает неспешность, с которой принимаются решения и реализуются проекты. Китай оказался в стороне от ожесточенной борьбы за первенство, а потому его космические инженеры имеют возможность тщательно обдумывать свои действия, взвешивая все последствия. Не остается без внимания и экономическая составляющая, что позволяет избежать ненужных затрат и жертв…
Китайский аэро-космический аппарат внешне напоминает немецкий двухступенчатый воздушно-космический самолет «Зенгер», однако отличается от него оригинальной конструкцией смешанной двигательной установки, состоящей из жидкостных ракетных и прямоточных двигателей.
Первая гиперзвуковая разгонная ступень (самолет-разгонщик) будет иметь фюзеляж типа «несущий корпус» (длиной около 85 метров и шириной 12 метров) и треугольное крыло двойной стреловидности. Двигательная установка разгонщика имеет шесть двигателей с суммарной тягой около 40 тонн. Стартовая масса — 330 тонн, посадочная — 79 тонн.
Вторая ступень представляет собой орбитальный самолет со стартовой массой 132 тонны и посадочной массой 25,3 тонны, который оснащен четырьмя кислородно-водородными двигателями. Внешне он похож на американский «Спейс Шаттл».
При разгоне самолета до скорости в 0,8 Маха работают только жидкостные двигатели, после чего в камеры сгорания прямоточных двигателей начинает поступать горючее.
До высоты 9 километров и скорости 1,8–2 Маха жидкостные и прямоточные двигатели работают параллельно, причем по мере того, как при увеличении скорости увеличивается эффективность и тяга прямоточных двигателей, пропорционально уменьшается тяга жидкостных, с тем чтобы удерживать тяговооруженность приблизительно на одном уровне.
После разделения самолет-носитель возвращается к месту старта, используя только прямоточные двигатели. Орбитальный самолет, используя четыре кислородно-водородных двигателя с тягой по 2,1 тонны, выходит на эллиптическую орбиту высотой от 100 до 300 километров. В апогее с помощью жидкостного двигателя сообщается приращение характеристической скорости, в результате чего самолет выходит на круговую орбиту высотой 500 километров.
После выполнения программы полета орбитальный самолет сходит с орбиты, производит снижение в атмосфере и посадку, как гиперзвуковой планер типа «Спейс Шаттл».
Предполагается, что китайский «челнок» сможет выводить на орбиту груз от 4 до 6 тонн. Специальный космодром для китайского корабля многоразового использования будет построен в Южно-Китайском море на острове Хайнань.
Пока аэро-космическая система остается в числе перспективных проектов, китайские конструкторы добились ощутимых успехов в разработке проекта «921-1», промежуточным итогом которого стал успешный запуск трех космических кораблей «Шэньчжоу» («Божественный корабль»).
Проект пилотируемого космического корабля «921-1» был инициирован в 1992 году. Шанхайский исследовательский институт астронавтики предложил шесть вариантов ракетносителей и восемь вариантов космического корабля.
Выбор был сделан в пользу ракеты-носителя «Чан Чжен-2Ф», способной выводить на орбиту 8,5 тонны полезного груза. В качестве прототипа космического корабля решили использовать «Союз». Несколько лет назад Китай закупил у Российского Космического агентства ряд узлов корабля «Союз» и на их основе сделал соответствующие системы для своего корабля. «Шэньчжоу» состоит из приборного отсека со стыковочным узлом и агрегатного отсека с двумя солнечными батареями. Его габариты: длина — 8,65 метра, максимальный диаметр — 2,8 метра, обитаемый объем — 8 м?, масса — 7,6 тонны. Экипаж — 3 человека.
В июне 2000 года в Пекине прошло заседание Китайской инженерной академии на тему «Перспективы инженерной техники». На нем с докладом о перспективах китайской пилотируемой космонавтики выступил главный инженер пилотируемого космического корабля «Шэньчжоу» Ван Юнчжи.
По его словам, создание корабля преследовало четыре главные цели. Во-первых, разработка фундаментальных технологий, необходимых для осуществления пилотируемого полета.
Кроме того, «Шэньчжоу» позволит выполнить программы наблюдения Земли из космоса, провести эксперименты и исследования в различных областях космических наук и технологий.
Также «Шэньчжоу» будет первое время (пока не появятся более совершенные многоразовые корабли) служить транспортным средством для доставки экипажей на орбитальные станции и их возвращения на Землю. И, наконец, на «Шэньчжоу» можно отработать ряд систем будущей китайской орбитальной станции.
Ван Юнчжи добавил, что программа создания пилотируемого космического корабля прошла стадии разработки проекта, научно-технической проработки, макетирования, испытаний и изготовления. Сейчас программа находится на стадии беспилотных летных испытаний.
Первый запуск «Шэньчжоу» в автоматическом режиме состоялся 19 ноября 1999 года с космодрома Цзюцюань в провинции Ганьсу. Через десять минут после старта космический корабль отделился от последней ступени ракеты-носителя и вышел на орбиту с параметрами 195 километров в перигее и 315 километров в апогее. Запуск второго корабля был осуществлен 9 января 2001 года, третьего — 25 марта 2002 года. Все три полета были признаны успешными.
На очереди — полет китайского космонавта. Первая группа «юйчжоу хансиньюаней» была набрана из летчиков-истребителей путем многоэтапного отбора. Они прошли три этапа подготовки. Сначала — общекосмическая подготовка, затем космонавты изучали устройство и системы корабля; сейчас они завершают тренировки в составе экипажей на тренажерах.
Больше всего в китайской космической программе поражает неспешность, с которой принимаются решения и реализуются проекты. Китай оказался в стороне от ожесточенной борьбы за первенство, а потому его космические инженеры имеют возможность тщательно обдумывать свои действия, взвешивая все последствия. Не остается без внимания и экономическая составляющая, что позволяет избежать ненужных затрат и жертв…
Глава 17 ОРБИТАЛЬНЫЕ ГОРОДА
Сейчас я закончу этот абзац, отойду от компьютера, чтобы сварить себе кофе, и, пока я отсутствую, на экране появится картинка на черном фоне — Земля, Луна, звезды и космическая станция — бублик, вращающийся в пустоте вокруг оси симметрии. Это форма обитаемой космической станции общеизвестна — в основном благодаря фантастическим фильмам или иллюстрациям к фантастическим книжкам. Самое интересное, что это одна из первых форм космической станции, придуманных еще пионерами ракетостроения. Такая станция и по сей день остается в списке проектов, которые можно было бы реализовать, если бы на то возникла серьезная необходимость. Однако необходимость не возникла, и самые различные проекты обитаемых космических станций остаются лишь объектами фантастических миров, воспроизводимых для нас художниками или кинорежиссерами.
Звезда по имени КЭЦ
Константин Эдуардович Циолковский полагал, что космическая экспансия человечества неизбежна и предопределена самой природой разума. При этом ракеты и ракетные поезда должны стать инструментом этой экспансии, а космические колонии — ее опорой.
Наиболее подробно проект такой колонии и процесс ее строительства описаны в популярном романе Циолковского «Вне Земли» (1920 год). Приведу здесь это описание с некоторыми сокращениями.
«…Ракеты были устроены и снаряжены по описанному уже образцу. Тысячи их летели с Земли одна за другой — с гулом, громом, выбрасывая снопы света и вызывая восторг толпы.
Сначала были в них отправлены только ученые, техники, инженеры и мастера: народ отменно здоровый, молодой и энергичный, — все строители.
По совету ученых рой этих ракет расположился на расстоянии 5 % радиусов Земли от ее поверхности, или на расстоянии 33 тысяч километров. Время оборота их кругом планеты как раз сравнялось с земными сутками. День был почти вечный, сменяясь каждые 24 часа коротким солнечным затмением, никак не могущим сойти за ночь. […] Попавшие в этот новый мир сначала недоумевали, потом приходили в восторг, но скоро успокаивались, осваивались с положением и принимались за работу. […] Они извлекли запасные части и соорудили из них ряд оранжерей. Но решили их сделать в то же время и жилищем людей. Поэтому давление газов в них достигало одной пятой атмосферы.
Главная составная часть ее состояла из кислорода, именно — 80 %; остальные 20 % приходились на углекислый газ, водяной пар и т. д. Абсолютное количество кислорода было только чуть меньше, чем на Земле на уровне моря. […] Такой состав дыхательной среды был выгоден не только в отношении живительного действия кислорода, но и в отношении малой массивности и большой прочности оранжерей. […] Тысячи ракет выгружали на небесах свой материал, спускались опять на Землю, нагружались там вновь и возвращались обратно. Часть их оставалась постоянно вне Земли, так как они служили жилищем для строителей, хотя и были всегда готовы для спуска на родную планету. […] Контингент рабочих оставался почти неизменным, так как начинались почти первые опыты устройства колоний, да и работа была очень легкая и чистая. Сплавление частей, или сваривание, шло быстро, безопасно и аккуратно и производилось теплотою солнечных лучей, сосредоточенных в фокусе параболического зеркала.
Первая оранжерея была готова через 20 дней. Это была длинная труба по образцу описанной оранжереи. Длина ее достигала 1000 метров, а ширина имела 10 метров. Она предназначалась для жизни и питания ста человек. На каждого приходилось 100 квадратных метров продольного сечения цилиндра или 100 квадратных метров поверхности, непрерывно (не считая затмения) освещаемой нормальными солнечными лучами. Передняя часть, обращенная всегда к Солнцу, была прозрачна на треть окружности. Задняя, металлическая, непрозрачная, — с крохотными окошечками. Прозрачная часть благодаря вплавленной в нее необычайно крепкой и блестящей, как серебро, проволочной сетке могла выдерживать совершенно безопасно давление дыхательной газовой среды и очень сильные удары. Непрозрачная была еще прочнее. Температура в трубе регулировалась снаружи и внутри и изменялась по желанию от 200° холода до 100° тепла по Цельсию. Главное основание для этого: перемена в лучеиспускательной силе наружной оболочки цилиндра. Непрозрачная часть его была черной, но имела другую оболочку, створчатую, блестящую снаружи и внутри, т. е. с обеих сторон. Если она надвигалась на черную оболочку, то потеря теплоты лучеиспусканием двумя третями поверхности цилиндра почти прекращалась, между тем как поток солнечных лучей затоплял оранжерею и температура ее доходила до 100°. Обратное было, когда вторая серебряная оболочка скатывалась, собиралась, как штора; тогда снаружи оказывалась черная металлическая оболочка, которая обильно лучеиспускала в звездное пространство, и температура оранжереи понижалась. Она еще больше понижалась, когда блестящая металлическая оболочка захватывала снаружи стекла и прекращала доступ солнечной теплоты. Тогда уже температура понижалась до 200° ниже нуля. Она еще больше падала или повышалась, когда совместно работала третья внутренняя поверхность. […] Центр цилиндра, собственно его ось, был занят трубой с почвой; в этой почве были заложены еще две трубы, которые доставляли непрерывно почве воздух, удобрение и влагу. В бесчисленные отверстия почвенной трубы были посажены семена и ростки плодовитых фруктов и овощей. Цилиндр был разгорожен вдоль (по оси) на два полуцилиндрических отделения серебристой сеткой. Передняя, наиболее светлая половина была только отчасти затемнена вьющимся перед окнами виноградом и другими плодовыми растениями. Она служила для всех без различия пола и возраста.
Другая половина была затенена толстым слоем богатой растительности. В ней были редкие окна, из которых можно было видеть только звездное небо, Луну и Землю, дававшую свет в 1000 раз сильнее лунного. К этим редким окнам, т. е. к чисто металлической части оранжереи, прилегал ряд номеров, или отдельных камер. Число их было 200. Сто камер полагалось для семейных. Далее 50 камер для холостых и вдовцов и, наконец, 50 камер для незамужних и вдов.
Каждому семейству полагалось не менее двух камер рядом.
В одной помещался муж, в другой, соседней — мать с детьми.
Для одиноких полагалось по одной камере; но, так как число камер было в два раза больше, чем нужно, то камеры одиноких разделялись обыкновенно незанятыми, пустыми камерами.
Далее был ряд помещений для семейных, потом ряд номеров для девушек и, наконец, — для юношей. Между этими номерами и огромной залой было еще шесть длинных зал.
Против семейных было три залы: одна для собраний женатых, другая — для собраний и деятельности замужних женщин, а также детей, третья — для общих собраний жен и мужей.
Также и против номеров одиночек были три длинные залы: две — для собраний по отдельности юношей и девушек, посредине же была зала для их совместных собраний. […] Кроме детских, ни одна камера не была проходной: камера имела одну дверь, которая запиралась по желанию.
Двери, например, из комнат девушек выходили в залу общего собрания для девушек, оттуда — в залу общего собрания девушек и юношей и оттуда, наконец, — в залу общего собрания всех обитателей оранжереи. Приспособления для работ помещались главным образом в общих собраниях, но иногда по желанию перемещались в камеры.
Картина залы общего собрания такая. Если стать на зеленой перегородке, считая ее полом, то Солнце кажется над головой и нет тени. Его действие было бы невыносимым, если бы не слой растений, заслоняющий жгучесть его лучей.
В этом положении мы видим грандиозную залу со сводчатым стеклянным потолком и плоским зеленым полом. Но мы не утопаем в нем, так как тяжести нет, но и проникнуть через него не можем; этому мешает крепкая серебристая сетка.
Ширина залы 10 метров, высота 5, длина 1000 метров. Для сотни человек это целая пустыня — роскошь, которую трудно себе вообразить. Если даже одновременно все сто обитателей появятся в зале, то и тогда на каждого придется около 400 кубических метров пространства! Правда, часть занята растениями, но небольшая. Окружность цилиндра около 30 метров. Свод, значит, занимает 15 метров. Прозрачная его часть — 10 метров; она не доходит до зеленого ковра на 2,5 метра. Число камер гораздо больше, чем нужно. Представим же одну из них. Она имеет 2,5 метра высоты, 9 метров длины и 5 метров ширины. Если стать в такой камере ногами к Солнцу, вдоль потока его лучей, то увидим над головой сводчатый непрозрачный потолок с маленькими оконцами, через которые большею частью косвенно струятся лучи Земли.
Этот свет вполне достаточен для чтения… Шесть частных зал имеют одни размеры. Каждая в высоту 2,5 метра, в длину 167 метров и в ширину 10 метров. Можно, конечно, стать так, что высота окажется 167 метров. Эти представления о высоте, ширине и длине меняются в зависимости от положения наблюдателя. Придавая слабое вращение такой оранжерее вокруг поперечной оси, делали ее положение постоянным по отношению к Солнцу, так как плоскость вращения имеет способность сохраняться неизменной по направлению.
Полученная от вращения тяжесть почти не имела никакого влияния на свободу движений и даже не замечалась, но на концах оранжерей, где она имела наибольшую величину и где помещались уборные и ванные, она приносила некоторую пользу: распределяла воду в сосудах и помогала совершать отправления. […] За неимением тяжести воздух в оранжерее не циркулирует, хотя температура неодинаково затененных частей оранжереи далеко не равномерна. Центробежная сила производит токи, но чересчур слабые по ее незначительной величине.
Поэтому и ради очищения дыхательной среды от пыли, листьев, плодов и случайных предметов воздух особыми вентиляторами приводится в движение и превосходно очищается.
Но можно ограничиться и токами, ведущими в холодильник»
Вышеописанные колонии-оранжереи, согласно проекту Циолковского, можно было соединять друг с другом в более крупные сооружения — в виде звезды и других геометрических фигур. Когда размеры космических поселений станут такими, чтобы они смогли вмещать до нескольких сотен тысяч человек Циолковский предлагал отправить их в пространство между Землей и Марсом, где строительство будет продолжено за счет материала астероидов и комет — фактически он предлагал проект первого в своем роде «корабля поколений».
Наиболее подробно проект такой колонии и процесс ее строительства описаны в популярном романе Циолковского «Вне Земли» (1920 год). Приведу здесь это описание с некоторыми сокращениями.
«…Ракеты были устроены и снаряжены по описанному уже образцу. Тысячи их летели с Земли одна за другой — с гулом, громом, выбрасывая снопы света и вызывая восторг толпы.
Сначала были в них отправлены только ученые, техники, инженеры и мастера: народ отменно здоровый, молодой и энергичный, — все строители.
По совету ученых рой этих ракет расположился на расстоянии 5 % радиусов Земли от ее поверхности, или на расстоянии 33 тысяч километров. Время оборота их кругом планеты как раз сравнялось с земными сутками. День был почти вечный, сменяясь каждые 24 часа коротким солнечным затмением, никак не могущим сойти за ночь. […] Попавшие в этот новый мир сначала недоумевали, потом приходили в восторг, но скоро успокаивались, осваивались с положением и принимались за работу. […] Они извлекли запасные части и соорудили из них ряд оранжерей. Но решили их сделать в то же время и жилищем людей. Поэтому давление газов в них достигало одной пятой атмосферы.
Главная составная часть ее состояла из кислорода, именно — 80 %; остальные 20 % приходились на углекислый газ, водяной пар и т. д. Абсолютное количество кислорода было только чуть меньше, чем на Земле на уровне моря. […] Такой состав дыхательной среды был выгоден не только в отношении живительного действия кислорода, но и в отношении малой массивности и большой прочности оранжерей. […] Тысячи ракет выгружали на небесах свой материал, спускались опять на Землю, нагружались там вновь и возвращались обратно. Часть их оставалась постоянно вне Земли, так как они служили жилищем для строителей, хотя и были всегда готовы для спуска на родную планету. […] Контингент рабочих оставался почти неизменным, так как начинались почти первые опыты устройства колоний, да и работа была очень легкая и чистая. Сплавление частей, или сваривание, шло быстро, безопасно и аккуратно и производилось теплотою солнечных лучей, сосредоточенных в фокусе параболического зеркала.
Первая оранжерея была готова через 20 дней. Это была длинная труба по образцу описанной оранжереи. Длина ее достигала 1000 метров, а ширина имела 10 метров. Она предназначалась для жизни и питания ста человек. На каждого приходилось 100 квадратных метров продольного сечения цилиндра или 100 квадратных метров поверхности, непрерывно (не считая затмения) освещаемой нормальными солнечными лучами. Передняя часть, обращенная всегда к Солнцу, была прозрачна на треть окружности. Задняя, металлическая, непрозрачная, — с крохотными окошечками. Прозрачная часть благодаря вплавленной в нее необычайно крепкой и блестящей, как серебро, проволочной сетке могла выдерживать совершенно безопасно давление дыхательной газовой среды и очень сильные удары. Непрозрачная была еще прочнее. Температура в трубе регулировалась снаружи и внутри и изменялась по желанию от 200° холода до 100° тепла по Цельсию. Главное основание для этого: перемена в лучеиспускательной силе наружной оболочки цилиндра. Непрозрачная часть его была черной, но имела другую оболочку, створчатую, блестящую снаружи и внутри, т. е. с обеих сторон. Если она надвигалась на черную оболочку, то потеря теплоты лучеиспусканием двумя третями поверхности цилиндра почти прекращалась, между тем как поток солнечных лучей затоплял оранжерею и температура ее доходила до 100°. Обратное было, когда вторая серебряная оболочка скатывалась, собиралась, как штора; тогда снаружи оказывалась черная металлическая оболочка, которая обильно лучеиспускала в звездное пространство, и температура оранжереи понижалась. Она еще больше понижалась, когда блестящая металлическая оболочка захватывала снаружи стекла и прекращала доступ солнечной теплоты. Тогда уже температура понижалась до 200° ниже нуля. Она еще больше падала или повышалась, когда совместно работала третья внутренняя поверхность. […] Центр цилиндра, собственно его ось, был занят трубой с почвой; в этой почве были заложены еще две трубы, которые доставляли непрерывно почве воздух, удобрение и влагу. В бесчисленные отверстия почвенной трубы были посажены семена и ростки плодовитых фруктов и овощей. Цилиндр был разгорожен вдоль (по оси) на два полуцилиндрических отделения серебристой сеткой. Передняя, наиболее светлая половина была только отчасти затемнена вьющимся перед окнами виноградом и другими плодовыми растениями. Она служила для всех без различия пола и возраста.
Другая половина была затенена толстым слоем богатой растительности. В ней были редкие окна, из которых можно было видеть только звездное небо, Луну и Землю, дававшую свет в 1000 раз сильнее лунного. К этим редким окнам, т. е. к чисто металлической части оранжереи, прилегал ряд номеров, или отдельных камер. Число их было 200. Сто камер полагалось для семейных. Далее 50 камер для холостых и вдовцов и, наконец, 50 камер для незамужних и вдов.
Каждому семейству полагалось не менее двух камер рядом.
В одной помещался муж, в другой, соседней — мать с детьми.
Для одиноких полагалось по одной камере; но, так как число камер было в два раза больше, чем нужно, то камеры одиноких разделялись обыкновенно незанятыми, пустыми камерами.
Далее был ряд помещений для семейных, потом ряд номеров для девушек и, наконец, — для юношей. Между этими номерами и огромной залой было еще шесть длинных зал.
Против семейных было три залы: одна для собраний женатых, другая — для собраний и деятельности замужних женщин, а также детей, третья — для общих собраний жен и мужей.
Также и против номеров одиночек были три длинные залы: две — для собраний по отдельности юношей и девушек, посредине же была зала для их совместных собраний. […] Кроме детских, ни одна камера не была проходной: камера имела одну дверь, которая запиралась по желанию.
Двери, например, из комнат девушек выходили в залу общего собрания для девушек, оттуда — в залу общего собрания девушек и юношей и оттуда, наконец, — в залу общего собрания всех обитателей оранжереи. Приспособления для работ помещались главным образом в общих собраниях, но иногда по желанию перемещались в камеры.
Картина залы общего собрания такая. Если стать на зеленой перегородке, считая ее полом, то Солнце кажется над головой и нет тени. Его действие было бы невыносимым, если бы не слой растений, заслоняющий жгучесть его лучей.
В этом положении мы видим грандиозную залу со сводчатым стеклянным потолком и плоским зеленым полом. Но мы не утопаем в нем, так как тяжести нет, но и проникнуть через него не можем; этому мешает крепкая серебристая сетка.
Ширина залы 10 метров, высота 5, длина 1000 метров. Для сотни человек это целая пустыня — роскошь, которую трудно себе вообразить. Если даже одновременно все сто обитателей появятся в зале, то и тогда на каждого придется около 400 кубических метров пространства! Правда, часть занята растениями, но небольшая. Окружность цилиндра около 30 метров. Свод, значит, занимает 15 метров. Прозрачная его часть — 10 метров; она не доходит до зеленого ковра на 2,5 метра. Число камер гораздо больше, чем нужно. Представим же одну из них. Она имеет 2,5 метра высоты, 9 метров длины и 5 метров ширины. Если стать в такой камере ногами к Солнцу, вдоль потока его лучей, то увидим над головой сводчатый непрозрачный потолок с маленькими оконцами, через которые большею частью косвенно струятся лучи Земли.
Этот свет вполне достаточен для чтения… Шесть частных зал имеют одни размеры. Каждая в высоту 2,5 метра, в длину 167 метров и в ширину 10 метров. Можно, конечно, стать так, что высота окажется 167 метров. Эти представления о высоте, ширине и длине меняются в зависимости от положения наблюдателя. Придавая слабое вращение такой оранжерее вокруг поперечной оси, делали ее положение постоянным по отношению к Солнцу, так как плоскость вращения имеет способность сохраняться неизменной по направлению.
Полученная от вращения тяжесть почти не имела никакого влияния на свободу движений и даже не замечалась, но на концах оранжерей, где она имела наибольшую величину и где помещались уборные и ванные, она приносила некоторую пользу: распределяла воду в сосудах и помогала совершать отправления. […] За неимением тяжести воздух в оранжерее не циркулирует, хотя температура неодинаково затененных частей оранжереи далеко не равномерна. Центробежная сила производит токи, но чересчур слабые по ее незначительной величине.
Поэтому и ради очищения дыхательной среды от пыли, листьев, плодов и случайных предметов воздух особыми вентиляторами приводится в движение и превосходно очищается.
Но можно ограничиться и токами, ведущими в холодильник»
Вышеописанные колонии-оранжереи, согласно проекту Циолковского, можно было соединять друг с другом в более крупные сооружения — в виде звезды и других геометрических фигур. Когда размеры космических поселений станут такими, чтобы они смогли вмещать до нескольких сотен тысяч человек Циолковский предлагал отправить их в пространство между Землей и Марсом, где строительство будет продолжено за счет материала астероидов и комет — фактически он предлагал проект первого в своем роде «корабля поколений».
«Межпланетные» станции Оберта
В главе 2 настоящей книги я уже упоминал, что независимо от других исследователей основоположник немецкого ракетостроения Герман Оберт предложил свой проект орбитальной станции. Более или менее подробно она описана в двух главных работах Оберта: «Ракета в межпланетное пространство» (1923 год) и «Пути осуществления космического полета» (1929 год).
Как и Циолковский, Герман Оберт предлагает создавать станцию из отдельных ракет. Такой модуль-ракета весом от 300 до 400 тонн (и стоимостью в миллион дойч-марок по курсу довоенного времени) могла бы быть выведена на круговую орбиту вокруг Земли наподобие «маленькой луны».
Две такие ракеты можно связать канатом в несколько километров длиной и привести их во вращение друг относительно друга Оберт полагал, что с помощью такой станции можно решать следующие задачи. Во-первых, с помощью оптических приборов с модулей-ракет можно было бы разглядеть на Земле достаточно мелкие объекты, а с помощью специальных зеркал посылать световые сигналы, обмениваясь информацией с труднодоступными районами, — здесь Оберт придумал разведывательную станцию. Во-вторых, благодаря тому, что люди, находящиеся на такой станции, могут наблюдать и фотографировать малоизученные страны, они будут способствовать делу «исследования Земли и ее народов» — здесь Оберт придумал геофизическую станцию. В-третьих, станцию можно использовать как передатчик информации между войсками, колониями и метрополиями в случае начала большой войны, когда обычная связь затруднена, — здесь Оберт придумал ретрансляционную станцию.
В-четвертых, с помощью станции можно осуществлять наблюдение за айсбергами и предупреждать о них корабли, помогать операциям по спасению потерпевших кораблекрушение — здесь Оберт придумал глобальную систему спутниковой навигации и позиционирования.
Далее Оберт предлагает собрать на станции гигантское зеркало. Такое зеркало, состоящее из отдельных пластин, удерживаемых сеткой, должно вращаться вокруг Земли в плоскости, перпендикулярной плоскости земной орбиты; причем сетка должна быть наклонена под углом 45° к направлению падения солнечных лучей. Оберт полагал, что, регулируя положение отдельных ячеек сетки, можно всю отражаемую зеркалом солнечную энергию концентрировать на отдельных точках на Земле. «Можно было бы, — пишет он, — освободить от льда путь на Шпицберген или к северным сибирским портам, если подвергуть лед действию концентрированных солнечных лучей. Если бы даже зеркало имело в диаметре только 100 км, оно могло бы посредством отраженной им энергии сделать обитаемыми большие пространства на Севере; в наших широтах оно могло бы предотвратить опасные весной снежные бури, обвалы, а осенью и весной помешать ночным морозам губить урожаи фруктов и овощей…»
Оберт полагал, что на постройку зеркала диаметром в 100 километров понадобилось бы 15 лет и 3 миллиарда дойч-марок золотом.
Далее он пишет:
«Поскольку подобное зеркало, к сожалению, могло бы иметь также и очень важное стратегическое значение (взрывать военные заводы, вызывать вихри и грозы, уничтожать марширующие войска и их обозы, сжигать целые города и, вообще, производить большие разрушения), то не исключено, что одна из культурных стран уже в обозримом времени могла бы приступить к осуществлению этого проекта — тем более, что и в мирное время большая часть вложенного капитала окупила бы себя».
Здесь немецкий ученый ошибался. Орбитальные станции (как военные, так и научно-исследовательские) появятся еще очень нескоро, а их экономическая эффективность будет постоянно оспариваться.
Как и Циолковский, Герман Оберт предлагает создавать станцию из отдельных ракет. Такой модуль-ракета весом от 300 до 400 тонн (и стоимостью в миллион дойч-марок по курсу довоенного времени) могла бы быть выведена на круговую орбиту вокруг Земли наподобие «маленькой луны».
Две такие ракеты можно связать канатом в несколько километров длиной и привести их во вращение друг относительно друга Оберт полагал, что с помощью такой станции можно решать следующие задачи. Во-первых, с помощью оптических приборов с модулей-ракет можно было бы разглядеть на Земле достаточно мелкие объекты, а с помощью специальных зеркал посылать световые сигналы, обмениваясь информацией с труднодоступными районами, — здесь Оберт придумал разведывательную станцию. Во-вторых, благодаря тому, что люди, находящиеся на такой станции, могут наблюдать и фотографировать малоизученные страны, они будут способствовать делу «исследования Земли и ее народов» — здесь Оберт придумал геофизическую станцию. В-третьих, станцию можно использовать как передатчик информации между войсками, колониями и метрополиями в случае начала большой войны, когда обычная связь затруднена, — здесь Оберт придумал ретрансляционную станцию.
В-четвертых, с помощью станции можно осуществлять наблюдение за айсбергами и предупреждать о них корабли, помогать операциям по спасению потерпевших кораблекрушение — здесь Оберт придумал глобальную систему спутниковой навигации и позиционирования.
Далее Оберт предлагает собрать на станции гигантское зеркало. Такое зеркало, состоящее из отдельных пластин, удерживаемых сеткой, должно вращаться вокруг Земли в плоскости, перпендикулярной плоскости земной орбиты; причем сетка должна быть наклонена под углом 45° к направлению падения солнечных лучей. Оберт полагал, что, регулируя положение отдельных ячеек сетки, можно всю отражаемую зеркалом солнечную энергию концентрировать на отдельных точках на Земле. «Можно было бы, — пишет он, — освободить от льда путь на Шпицберген или к северным сибирским портам, если подвергуть лед действию концентрированных солнечных лучей. Если бы даже зеркало имело в диаметре только 100 км, оно могло бы посредством отраженной им энергии сделать обитаемыми большие пространства на Севере; в наших широтах оно могло бы предотвратить опасные весной снежные бури, обвалы, а осенью и весной помешать ночным морозам губить урожаи фруктов и овощей…»
Оберт полагал, что на постройку зеркала диаметром в 100 километров понадобилось бы 15 лет и 3 миллиарда дойч-марок золотом.
Далее он пишет:
«Поскольку подобное зеркало, к сожалению, могло бы иметь также и очень важное стратегическое значение (взрывать военные заводы, вызывать вихри и грозы, уничтожать марширующие войска и их обозы, сжигать целые города и, вообще, производить большие разрушения), то не исключено, что одна из культурных стран уже в обозримом времени могла бы приступить к осуществлению этого проекта — тем более, что и в мирное время большая часть вложенного капитала окупила бы себя».
Здесь немецкий ученый ошибался. Орбитальные станции (как военные, так и научно-исследовательские) появятся еще очень нескоро, а их экономическая эффективность будет постоянно оспариваться.
«Жилое колесо» Нордунга
В том виде, к какому мы привыкли по фантастическим фильмам и книгам, орбитальная станция впервые предстала в проекте «жилого колеса» австрийца Поточника, писавшего под псевдонимом Герман Нордунг.
В 1928 году Нордунг написал и годом позже издал книгу «Проблема полета в космосе», в которой предлагал построить орбитальную станцию с периодом обращения в 24 часа.
Для современников Нордунга это снижало ее ценность примерно на три четверти, так как в подобных условиях станция могла вести наблюдение только за одним полушарием Земли, да и то с трудом из-за слишком большого расстояния.
Ныне на подобных орбитах, называемых геостационарными (или геосинхронными), находятся спутники связи.
Станция, предложенная Нордунгом, должна была состоять из трех отдельных частей, соединенных друг с другом воздушными шлангами и электрическими кабелями. Этими частями являлись «жилое колесо», «помещение с силовой установкой» и «обсерватория». Первое представляло собой конструкцию в форме колеса диаметром около 30 метров, вращающегося вокруг своей оси для создания центробежной силы, которая компенсировала бы отсутствие силы тяжести.
Ступица «жилого колеса», вращающаяся в противоположном направлении, выполняла бы функцию воздушной камеры.
Энергию для станции Нордунг намеревался получать от Солнца с помощью зеркал и паровых труб с конденсаторными трубками, помещенными позади зеркала.
Наряду с этими, в основном правильными, мыслями в проекте Нордунга имелся ряд принципиальных ошибок.
Так, например, боясь «холодного космического пространства», Нордунг превратил стекла иллюминаторов в выпуклые линзы для собирания солнечного света в помещении. Больше того, у каждого иллюминатора с внешней стороны укреплялось специальное зеркало для усиления солнечного света, падающего на линзы.
В 1928 году Нордунг написал и годом позже издал книгу «Проблема полета в космосе», в которой предлагал построить орбитальную станцию с периодом обращения в 24 часа.
Для современников Нордунга это снижало ее ценность примерно на три четверти, так как в подобных условиях станция могла вести наблюдение только за одним полушарием Земли, да и то с трудом из-за слишком большого расстояния.
Ныне на подобных орбитах, называемых геостационарными (или геосинхронными), находятся спутники связи.
Станция, предложенная Нордунгом, должна была состоять из трех отдельных частей, соединенных друг с другом воздушными шлангами и электрическими кабелями. Этими частями являлись «жилое колесо», «помещение с силовой установкой» и «обсерватория». Первое представляло собой конструкцию в форме колеса диаметром около 30 метров, вращающегося вокруг своей оси для создания центробежной силы, которая компенсировала бы отсутствие силы тяжести.
Ступица «жилого колеса», вращающаяся в противоположном направлении, выполняла бы функцию воздушной камеры.
Энергию для станции Нордунг намеревался получать от Солнца с помощью зеркал и паровых труб с конденсаторными трубками, помещенными позади зеркала.
Наряду с этими, в основном правильными, мыслями в проекте Нордунга имелся ряд принципиальных ошибок.
Так, например, боясь «холодного космического пространства», Нордунг превратил стекла иллюминаторов в выпуклые линзы для собирания солнечного света в помещении. Больше того, у каждого иллюминатора с внешней стороны укреплялось специальное зеркало для усиления солнечного света, падающего на линзы.